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LNG第三章液化天然气的储运液化天然气利用技术第三章液化天然气的储运储运工程系李玉星王武昌1目录一、液化天然气储罐槽二、LNG船三、液化天然气槽车2在液化天然气LNG工业链中,LNG的储存和运输是两个上要环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰型装置,液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。在卫星型液化站和LNG接收站,都有一定数量和不同规模的储罐或储槽。世界LNG贸易主要是通过海运,因此LNG槽船是主要的运输工具。从LNG接收站或卫星型装置,将LNG转运都需要LNG槽车。3一、液化天然气储罐1、型式分类槽按容量分类1)小型储罐容量550M3。常用于民用燃气汽化站,LNG汽车加注站等场合。2)小型储罐容量50100M3。常用于卫星式液化装置,工业燃气汽化站等场合。3大型储罐容量1001000M3。常用于小型ING生产装置。4大型储槽容量100040000M3。常用于基本负荷型和调峰型液化装置。5特大型储槽。容量40000200000M3。常用于LNG接收站。45按围护结构的隔热分类1真空粉末隔热。常见于小型LNG储罐。2正压堆积隔热。广泛应用于大中型LNG储罐和储槽。3高真空多层隔热;很少采用,限用于小型LNG储罐。6按储容槽的形状分类1球形罐一般用于中小容量的储罐,但有些工程的大型LNG储槽也有采用球形的,目前最大的有林德公司制造的40000M3和日本KKK公司建造的5000M3储罐。72圆柱形罐槽,广泛用于各种容量的储罐和储槽。8按耀槽的放置分类地上型地下型半地下型、地下型、地下坑型9按罐槽的材料分类1双金属。内罐和外壳均用金属材料。一般内罐采用耐低温的不锈钢或铝台金。102预应力混凝土型。大型储槽采用预应力混凝土外壳,内筒采用低温的金属材料。11按罐槽的围护结构分类1单围护系统。单围护系统的特点是储槽只有一个流体力学承载层,所以必须在储槽周围预留出一块安全空间。122双围护系统。内外罐体都是低温材料,储槽具有两个流体力学承载层A1和A2。此类储槽无需另外预留空间。133)全封闭围护系统其特点如下内外罐体均是低温材科;储槽具有两个流体力学承载层A1和A2,外罐还应加上附加的内压和外压安全承载;此类储槽无需另外预留空间。144薄膜型围护系统。其特点如下(1)内外罐体均是低温材料;(2)该类储槽实质上是没有流体力学承载的全封闭围护系统,只有一个流体力学承载层A;(3)外罐还应加上附加的内压和外压安全承载;(4)此类储槽无需另外的预留空间。152、液化天然气储罐槽立式LNG储罐1617立式LNG子母型储槽子母罐是指拥有多个三个以上子罐并联组成的内罐,以满足低温液体储存站大容量储液量的要求。多只子罐并列组装在一个大型外罐母罐之中;子罐通常为立式园筒形,外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大等原因、不耐外压而无法抽真空,外罐为稳压罐。隔热方式为粉末珠光砂堆积隔热。单只子罐的几何容积通常在100150M3之间。单只子罐的容积不宜过大,过大会导致运输吊装困难。子罐的数量通常为37只,因此可以纽建3001250M3的大型储槽。1920子罐可以设计成压力容器,最大工作压力可达18MPA,通常为0210MPA,视用户使用压力要求而定;子母罐的优势如下1依靠容器本身的压力,可采用压力挤压的办法对外排液,而不需要输液泵排液,因此操作简便和可靠性提高。2容器具备承压条件后,可采用常压储存方式,减少储存期间的排放损失。3子母罐的制造安装较球罐容易实现。制造安装成本较低。21子母罐的不足之处在于1由于外罐的结构尺寸原因、夹层无法抽真空。夹层厚度通常选择800MM以上保温性能与真空粉末隔热球罐相比较差。2由于夹层厚度较厚,且子罐排列的原因,设备的外形尺寸庞大。3子母罐通常适用于容积3001000M3;工作压力为0210MPA范围。22国产立式600M3LNG子母型贮罐外罐16MNR;1300017444,操作温度40;操作压力3KPA;内罐0CR18NI9,320014558,8个,单个有效容积885M3,设计温度162;操作温度146;设计压力042MPA;操作压力02MPA;内外罐之间填充珠光砂绝热,并充保持N2保持内部处于正压状态。日蒸发率0323全封闭围护系统的膜式罐薄膜罐结构为圆柱形混凝土外罐,内罐为不锈钢版。既可以建造在地上,也可以建造在地下。地上罐最大罐容为120000M3,地下罐最大罐容为200000M3,设计压力为290MBARG。地上罐的防火间距与全容罐相同,地下罐罐之间距离大于地上罐缺点是操作人员要承受少量蒸发气泄漏的影响。24地下储罐25日本国内用量最大,24个已经建成的接收站中142个储罐中地下罐65个,最大罐容20,0000M3,74MDIAX466HT。最常用的是圆柱形薄膜罐抗震性能比地上罐好,强风暴的冲击力小,对飞行物的影响小,视觉效果比地上罐好,适合建在地震多发区和人口稠密区。在确定使用地下罐前应该进行大范围内的地质调查,如果地质条件容许,基岩埋藏浅。则可以避免大范围人工地基。地下罐需要大量的地下挖掘,增加了安全风险。由于大量的挖掘工作,地下罐施工工期比地上罐长。地下罐投资比地上罐多。26地上罐27单容罐28结构为圆柱形碳钢外罐,9镍钢内罐。是最常用于LNG的罐型。实事证明罐体相对安全,通常使用条件是于远离人口稠密区并且不存在外部安全隐患设计压力通常在170200MBARG,操作压力125MBARG。罐周围设有围堰,用于储罐内以液体发生溢出时能够容纳罐内所有液体。当内罐发生故障时LNG液体和蒸发气会泄漏到罐外。罐的尺寸由9镍钢的焊接厚度以及罐的高宽比,实际建造的最大罐容为140,000M3过去在QATAR曾发生过LPG储罐泄漏,事故发生后单容罐应用受到影响,被信誉更好的罐型取代。29双容罐30结构为圆柱形碳钢或混凝土外罐,9镍钢内罐。当内罐发生泄漏事故时液体流入外罐,蒸发气会泄漏到周围环境里。最大罐容160,000M3,设计压力与单容罐相似,。由于LNG燃烧池的表面积小,储罐间的安全距离小于单容罐。在发生事故时设备控制系统可以继续工作,但是蒸发气会释放。在系统关断以前,操作系统可以继续工作一段时间。31全容罐GLASSWOOLCARBONSTEELCONCRETEROOFSUSPENDEDDECK9NISTEELINNERTANKNGPOSTTENSIONNEDCONCRETETANKNGNGPERLITE162CCOMPACTIONBLANKET9NISTEELTHERMALCORNERPROTECTIONCONCRETESLAB9NISECONDARYBOTTOMCELLULARGLASS32罐体外罐为圆柱形9镍钢或混凝土,内罐为9镍钢。当内罐发生泄漏事故时内罐能够容纳LNG液体和蒸发气,避免火灾危害。最大罐容和与单容罐相似(180,000M3。混凝土外罐设计压力可以增加到290MBARG(操作压力250MBARG,金属外罐设计压力可以参照单容罐和双容罐在发生事故的情况下,设备的控制和天然气供应可以维持。在系统关断以前,操作系统可以继续工作一周时间。33典型的全封闭围护系统LNG储槽这类储槽较多地应用于LNG接收终端站,容量最大可达200000M3。内部为薄膜,用一种厚度为1220MM,表面起波纹的36NI钢作主屏,起到允许膨胀和收缩的作用。隔热板起着支撑膜的作用。它是一种由两层聚合木加上中间一层泡沫材料组成的三明治式的组合结构。在每一个薄膜波纹中心与隔热组合固定。34353637引进的第一代16万M3全容罐结构示意图38膜型固定式LNG储罐内部39LNG储罐内部观察装置4041观察到的LNG罐内液体层42球形LNG储罐低温液体球罐的内外罐均为球状,工作状态下,内罐为内压力容器,外罐为真空外压容器。夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后,在安装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工装保证成形,现场安装难度大。434445球罐的优势如下1在相同容积条件下,球体具有最小的表面积,设备的净重最小。2球罐具有最小的表面积,则意味着传热面积最小,加之夹层可以抽真空,有利于获得最佳的隔热保温效果;3球罐的球形持性具有最佳的耐内外用力性能。球罐的不足之处在于1加工成形需要专用加工工具,加工精度难以保证。2现场组装技术难度大,质量难以保证。3球壳虽然净重最小,但成形时材料利用率最低。46球罐的使用范围为2001500M3,工作压力为0210MPA。容积小于200M3时,应当选用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品出厂为宜。容积超过1500M3时,外罐的壁厚太厚,这时制造的最大困难是外罐而非内罐。47兰州蓝亚石油化工装备工程有限公司在山西晋城成功地建造了15OOM。LNG不锈钢球罐,此球罐为国内首台自行设计、制造的体积最大的不锈钢球罐设计压力O42MPA,设计温度一196,公称体积1500M。,球壳直径142O0MM,球壳材料选用OCR18NI9板,名义厚度14MM。48卧式低温储罐49LNG储罐的增压原理图5051二、液化天然气船1959年,美国船厂利用一艘战时标准船改装成世界第一艘LNG船1964年,英国建造出世界上第一艘LNG船。2008年12月29日全球投入运营的液化天然气船突破300艘大关。2011年前全球还有89艘已经订购的液化天然气船要交付。52液化天然气船LNG货舱的围护系统LNG货舱的汽化率的高低取决于货舱的漏热性能。不同的货物围护系统采用不同的隔热方式。目前有三种LNG货舱货物围护系统,即法国的GTT型;挪威的MOSS型及日本的SPB型。GTT型是薄膜舱,MOSS型是球形舱,SPB型是棱形舱。20世纪90年代前,在已建造的87艘LNG船中,以MOSS型和GTT型建造得最多,分别是总艘数的379和287。53545556MOSS型LNG船MOSS球罐采用铝板制成。组分中含质量分数为4049的镁和0410的锰。板厚按不同部位在30169MM之间。隔热采用300MM的多层聚苯乙烯板。57独立于船体,不容易被损坏。液舱系统可以分开制造,使建造周期缩短。球形结构使液面晃动效应小。液舱可承受一定的压力(02MPA)。在卸货泵失灵情况下,用压力输送也有可能卸货。装卸阶段如发生紧急情况,随时都可离港。风阻面积比较大。5859LNG船大型球罐的制造工艺流程。它由备料、分段焊接、组件合成及液罐总成四大阶段组成。60采用MOSS型舱LNG船61GTT型LNG船薄膜型LNG船的开发者GAZTANSPORT和TECHNIGAZ已合并为GTT。故对该型船称为GTL型。薄膜围护系统的概念该围护系统是内双层船壳、主薄膜、次薄膜和低温隔热所组成。薄膜内应力是出静应力、动应力和热应力三部分组成。62舱体结构紧凑、形状灵活、液舱有效容量大;完全的双层舱体,安全性高、强度好;风力影响面小,操作性能好甲板平坦,能见度好;薄膜型液舱用(0712)MM的不锈钢或殷钢制作,殷钢是一种高镍合金,热膨胀系数非常低。636465GTTNO96型LNG船66SPB型LNG船SPB型的前身是棱形舱CONCH。是由日本IHI公司开发的。该型大多应用在LPG船上。建造并已运行的LNG船仅二艘。6768舱体结构紧凑、形状灵活、液舱有效容量大;完全的双层舱体,安全性高、强度好;风力影响面小,操作性能好甲板平坦,能见度好;薄膜型液舱用(0712)MM的不锈钢或殷钢制作,殷钢是一种高镍合金,热膨胀系数非常低。6970采用SPB舱的船71三种液舱的比较72总体布局总体布局既要保证液化流程的紧凑、高效,又要考虑火炬辐射对设备的影响、液化天然气储槽的安全性以及系泊系统、卸货系统的可靠性等诸多问题日本拥有建造液化天然气运输船的丰富经验,在此基础上,日本国家石油公司开发了采用MOSS储槽的浮式液化天然气生产装置单点系泊方式基于安全性和可靠性的考虑,美孚石油公司开发了具有驳舱外形的浮式液化天然气生产装置主体呈矩形,在混凝土主体外布置有四个互相联结的驳舱,从而加强了稳定性模型经海浪实验表明,驳舱的横摇在一般海况下小于1,风暴中小于3,百年一遇的澳大利亚西北海域台风情况下也不会超过6,可以确保该装置在环境恶劣的海域进行生产作业73LNGFPSO布局要求充分利用系统的余热,整个生产过程不要采用明火加热器,提高热利用效率,降低二氧化碳泄漏,提高了装置的安全性拥有零配件仓库和维修站件和维修的要求,一旦出现故障,维修人员可立即进标准化的设备降低了对零配行维修,不再需要等待直升机运送零配件。压载系统常有利避免横摇和纵摇,这对液化天然气的卸货非卸货作业完全避免了风向的影响7475典型LNG船的货舱分布767778LNG船的技术新进展1、具有热阻滞新型舱裙结构在MOSS型船的球形储槽中。沿舱裙结构的漏热量常要占储槽总漏热量的30、如果采用新型的热阻滞,可使漏热明显减少。特点是用一块不锈钢板嵌抽在铝和钢质裙之间;这样,可使日汽化率从通常的02降至01。792、再液化系统在已以前运营的LNG船上,将蒸发蒸气直接作为动力燃料消耗掉而不再回收液化,基本上还没有再液化装置。为了船舶的经济运行,在LNG船上装备再液化装置,对此已开始了可行性研究,且已进入研究模拟阶段。803、强制汽化系统主要是为了给LNG船能在一个宽广范围内提供优化能耗的选择。它包括一台在液货舱内的水泵和一个强制式蒸发器。8182我国LNG船情况大鹏昊大鹏月大鹏星83848586三、液化天然气槽车LNG槽车的隔热方式槽车采用合适的隔热力式,以确保高效、安全地运输。用于LNG槽车隔热主要有三种型式真空粉末隔热;真空纤维隔热;高真空多层隔热。87高真空多层隔热与真空粉末隔热相比具有如下特点1高真空多层隔热的夹层厚度约为100MM,而真空粉末隔热的夹层厚度200MM以上。由此,对于相同容量级的外筒,高真空多层隔热槽车的内筒容积比真空粉末隔热槽车的内简容积大27左右。这样、可以在不改变槽车外形尺寸的前提下,提供更大的装载容积。2对于大型半挂槽车,由于夹层空间较大,粉末的重量也相应增大、从而增加了槽车的装备重量,降低载液重量。因此,采用高真空多层隔热可以大大减少槽车的装备重量。3采用高真空多层隔热,可以避免因槽车行驶所产生的振动,使隔热材料沉降。高真空多层隔热比真空粉末隔热的施工难度大,但在制造工艺逐渐成熟适台批量生产后,广泛应用的前景是好的。88LNG槽车的安全设计防止超压消除燃烧的可能性禁火、禁油、消除静电。89防止槽车超压的手段设置安全阔、爆破片等超压泄放装置。储罐上必须有两套安全阀在线安装的双路

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